Frank Kesel Bücher

Für einen erfolgreichen Hardware Entwurf sind nicht nur VHDL-Kenntnisse wichtig, sondern auch Kenntnisse der FPGA-Schaltungstechnik und der Design Tools. Das vorliegende Buch stellt die Zusammenhänge zwischen diesen wichtigen Themen dar und bietet eine zielgerichtete Einführung in den Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit FPGAs. Beginnend mit den Grundlagen von VHDL sowie der CMOS- und FPGA-Technologie, werden anschließend der synthesegerechte Entwurf mit VHDL und die synchrone Schaltungstechnik auf dem FPGA behandelt. Darüber hinaus werden auch die wesentlichen Entwurfswerkzeuge, wie Logiksynthese oder die statische Timing-Analyse, erläutert. Abgerundet wird das Buch mit einem Kapitel über High-Level Synthese, welche eine Umsetzung von C/C ++ -Code in eine VHDL-Implementierung ermöglicht. Der Leser erhält anhand vieler Code-Beispiele einen praxisorientierten Zugang zum Hardware-Entwurf mit FPGAs. Zielgerichtete Einführung in den digitalen Schaltungsentwurf Alle notwendigen Kenntnisse für den rechnergestützten Hardwareentwurf Frank Kesel studierte Elektrotechnik an der Universität Karlsruhe und promovierte an der Universität Hannover. Er war zehn Jahre in der Industrie im digitalen ASIC-Design tätig. Er ist seit 1999 Professor an der Hochschule Pforzheim mit dem Spezialgebiet FPGA-Design.

Mit SystemC, einer auf C++ aufbauenden Bibliothek, können digitale elektronische Systeme modelliert und simuliert werden, insbesondere auf der sogenannten Transaktionsebene (Transaction-Level-Modeling: TLM). SystemC hat sich über einen Zeitraum von etwa zehn Jahren zur Reife entwickelt, wurde in jüngster Zeit standardisiert und findet zunehmend Verbreitung in der Hochschullehre und der Industrie. Dieses Lehrbuch bietet eine leicht verständliche und praxisnahe Einführung in die Modellierung von digitalen Systemen mit SystemC nach dem IEEE Standard 1666-2011. Im Vordergrund steht dabei die Modellierung auf der Transaktionsebene. Die Lerninhalte werden anhand einer Vielzahl von anschaulichen und nachvollziehbaren Beispielen vermittelt. Übungsaufgaben am Ende jedes Kapitels dienen der Vertiefung des Erlernten. Alle Programmbeispiele und die Lösungen zu den Übungen stehen zum Download zur Verfügung.

Der Entwurf digitaler Hardware beruht heute im Wesentlichen auf so genannten Hardwarebeschreibungssprachen, wie VHDL oder Verilog, welche eine ähnliche Funktion für die Hardwareentwicklung haben wie Programmiersprachen für die Softwareentwicklung. Jedoch sind für den erfolgreichen Entwurf nicht nur Kenntnisse einer Hardwarebeschreibungssprache wichtig, sondern auch Kenntnisse der digitalen Schaltungstechnik sowie der rechnergestützten Entwurfswerkzeuge. Die Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen diesen einzelnen Themengebieten werden in dem vorliegenden Lehrbuch methodisch dargestellt. Es bietet eine zielgerichtete Einführung in den Entwurf digitaler Schaltungen und Systeme, beginnend bei MOS-Transistoren und FPGA-Technologien bis hin zu aktuellsten Entwicklungen in der Synthese (High-Level-Synthese) und den Hardwarebeschreibungssprachen (SystemC). Als Kernpunkte des CAD-Flows werden die Modellierung mit Hardwarebeschreibungssprachen, die Simulation solcher HDL-Modelle und deren Umsetzung und Optimierung (Logiksynthese) von der Architektur- oder Verhaltensebene ausgehend bis zur Implementierung in der ausgewählten Zieltechnologie behandelt. Standardisierte Beschreibungen und flexible Implementierungsverfahren werden in den Vordergrund gestellt, die hauptsächlich auf VHDL sowie SystemC und komplexen programmierbaren Logik-Bausteinen (FPGAs) beruhen. In vielen typischen Anwendungsbeispielen lernt der Leser die Besonderheiten der synthesefähigen Hardwarebeschreibung systematisch kennen. So werden alle fachlichen Vorrausetzungen von den Grundlagen bis zu praxiserprobten Verfahrensweisen präsentiert, die Studierende oder Industriepraktiker benötigen, um heute und auch in Zukunft in diesem rasch veränderlichen technischen Gebiet erfolgreich tätig sein zu können.